钙钛矿技术具有可扩展性 但仍然存在关于最佳方法的问题

据能源部国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员称，随着钙钛矿太阳能电池设定效率记录并使新生技术变得更加稳定，另一个主要挑战仍然是可扩展性问题。

“这是可扩展的，”NREL的材料科学研究员Kai Zhu说。“我们只需要大规模展示效率和产量，将技术推向实验室之外。”

作为一份名为“可伸缩制造钙钛矿太阳能电池”的新自然评论材料论文的主要作者，朱和他在NREL的同事们回顾了将钙钛矿从实验室转移到屋顶的努力。Zhen Li，Talysa Klein，Dong Hoe Kim，Mengjin Yang，Joseph Berry和Maikel van Hest是合着者。

目前市场上的大多数太阳能电池板都是由硅制成，但钙钛矿太阳能电池有可能加速美国光伏(PV)制造的发展，因为它们制造成本更低，并且在实验室中显示出性能潜力。钙钛矿的记录效率水平比其他任何太阳能电池技术都要快，目前已获得去年夏天的记录认证 - 目前为22.7%。但随着电池和模块面积的增加，钙钛矿太阳能电池的效率下降。多种因素的组合归因于下降，包括不均匀的涂层细胞中的化学物质。此外，当任何类型的太阳能电池连接在一起以创建模块时，在阳光不转换为电的电池之间形成非活动区域，导致效率下降。

为了在实验室制造钙钛矿太阳能电池，科学家将化学品沉积在基板上。钙钛矿材料随着化学品结晶而形成。实验室中最常用的沉积方法称为旋涂，可生产效率最高的设备，但该工艺浪费了90%以上的所用化学品，即所谓的钙钛矿油墨。旋涂也适用于小于4平方英寸的电池，但是没有一种简单的方法可以将该技术用于更大的表面。

NREL研究人员研究了潜在的可扩展沉积方法，包括：

刀片涂层，使用刀片将化学溶液涂布在基材上以形成湿薄膜。该工艺可以适用于卷对卷制造，柔性基板在固定刀片下方的辊子上移动，类似于报纸的印刷方式。与旋涂相比，刮刀涂层浪费的油墨少。

缝模涂层，其依赖于储存器来供应前体墨水，以便在基板上施加墨水。该方法与其他方法一样没有得到很好的研究，迄今为止已证明其效率低于叶片涂层。但是当墨水发育良好时，槽模涂层的再现性优于刮刀涂层，因此这更适用于卷对卷制造。

喷墨打印，使用小喷嘴分散前体墨水。该工艺已被用于制造小型太阳能电池，但它是否适合大批量，大面积生产将取决于印刷速度和器件结构。

存在其他方法，例如电沉积，但是没有任何关于用于在钙钛矿太阳能电池中直接沉积卤化钙钛矿的报道。

NREL的研究人员在论文中指出，尽管面临众多挑战，但在扩大这些太阳能电池的生产方面取得了令人瞩目的进展。新文件概述了为扩大技术需要解决的研究。需要更多关注的一个领域是钙钛矿太阳能模块的理想结构。

一些研究估计，钙钛矿太阳能电池可以比其他光伏技术以更低的成本发电，尽管这些数据是基于假设的研究。但是可以从这些研究得出的一个结论是，钙钛矿模块的最高投入成本将来自基板和电极材料，这表明这些领域的创新机会。